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1、鱼精蛋白的研究现状及应用HeilongjiangAnimalScienceandVeterinaryMedicineNo52007鱼精蛋白的研究现状及应用蒙学莲,郑亚东,才学鹏(中国农科院兰州兽医研究所家畜疫病病原生物学国家重点实验室甘肃省动物寄生虫病重点实验室,甘肃兰州730046)中图分类号:Q512.8文献标识码:A文章编号:1004—7034(2007)05—0026—02鱼精蛋白(protamine)又称精蛋白,是一种主要存在于各类雄性动物成熟精巢组织中的多聚阳离子肽,它与DNA紧密结合在一起,以核精蛋白的形式存
2、在.鱼精蛋白是一种小而简单的球形碱性蛋白,一般由30～50个氨基酸组成,其中以精氨酸为主.目前,已从多种鱼类(如鲑鱼,红鳟鱼,鲱鱼等)和哺乳动物(如老鼠,人,野猪等)的成熟精巢组织中提取到了鱼精蛋白.根据氨基酸的种类和数量,鱼精蛋白可分为3种:①单鱼精蛋白,它的碱性氨基酸仅为精氨酸;②双鱼精蛋白,碱性氨基酸除含有精氨酸外,还含有组氨酸或赖氨酸;③三精蛋白,碱性氨基酸有精氨酸,组氨酸和赖氨酸.研究表明,鱼精蛋白并不是单一组份,而是由非常相似的数种成分组成的混合物,如红鳟鱼的红鳟精蛋白由6种差异极小的成分组成.鉴于鱼精蛋白抗菌
3、活性的优势及其特殊功能,近年来人们在食品工业和生物学领域对其进行了研究和应用.1鱼精蛋白在精子形成中的作用及其组成在哺乳动物精子发生过程中,精原细胞经精母细胞,精子细胞阶段最终形成成熟的精子.在精子细胞阶段,细胞核内鱼精蛋白逐步取代体细胞型组蛋白并与DNA结合,形成高度浓缩的DNA一鱼精蛋白复合体(HPRR),使DNA处于稳定的不转录状态.这时,精子细胞核高度浓缩,精子由圆形变为长形,最终形成成熟的精子.因此,鱼精蛋白在精子形成过程中有着极其重要的作用.在哺乳动物中,鱼精蛋白分为2类,即PI型和PII型.PI型鱼精蛋白存在
4、于所有哺乳动物的精子细胞中,且在哺乳动物间非常保守;结构极其相似,一般有50个左右的氨基酸残基,N端有6个氨基酸残基且均为ARYRCC(兔除外,为VRYRCC);有多聚精氨酸结构,此结构连接DNA主沟,侧沟由两端的半胱氨酸集中部连接.其他脊椎动物的鱼精蛋白,如鱼类,与哺乳动物的PI型相似.PIl型鱼精收稿日期:2006—04—13基金项目:中国农科院兰州兽医研究所所长基金资助项目(2003)作者简介:蒙学莲(1975一),女,助理研究员,硕士.通讯作者:才学鹏(1958一),男,研究员,博士.蛋白仅存在于人,小鼠,仓鼠等少
5、数哺乳动物中,其保守性差.对鱼类鱼精蛋白和哺乳动物PI型鱼精蛋白的研究焦点是与鱼精蛋白相关DNA的凝聚性,其原因是PI型鱼精蛋白分布的广泛性远超过PII型,并且精子细胞中不包含PII型鱼精蛋白的动物更容易获得(如公牛,蛙鱼).2鱼精蛋白的抗菌活性和抗菌机理2.1鱼精蛋白的抗菌活性国内外研究表明:鱼精蛋白具有广谱抗菌活性,能抑制枯草杆菌,巨大芽孢杆菌,地衣形芽孢杆菌等微生物的生长,对革兰阳性菌,酵母,霉菌也具有明显抑制作用.研究还发现,鱼精蛋白的抗菌活性受多种因素的影响,如金属离子,酸碱度,温度,有机成分和菌种等.与常用防腐
6、剂相比,鱼精蛋白不仅具有很高的安全性,而且还具有很多优点:①pH值适用范围广,在中性和偏碱性条件下防腐效果更好.②热稳定性好,在一定温度(常温至121oC)范围内,鱼精蛋白可以与食品热处理并用,且对其抗菌活性无显着影响;鱼精蛋白杀菌效果迅速,在5～10min就可看出效果.鱼精蛋白有游离型和盐类型2种,前者的抗菌活性较后者更为显着,但稳定性较差,因而高温处理时盐类型鱼精蛋白的活性高于游离型的.③虽然二价金属离子对鱼精蛋白的抗菌活性有一定影响,但一价金属离子及食品中的主要营养成分(如蛋白质,脂肪,糖类)对其抗菌活性影响较小.虽
7、然鱼精蛋白具有许多化学合成的食品防腐剂无法比拟的优点,但也存在一些应用上的缺陷:①对革兰阴性菌抑菌效果不明显;②鱼精蛋白的溶解性较差;③在酸性环境下,抗菌活性较差.为解决上述问题,人们研究发现:①将鱼精蛋白与甘氨酸和醋酸钠复配后,能明显增强鱼精蛋白对革兰阴性菌的抑制作用;②用大豆卵磷脂等乳化剂与鱼精蛋白复配,既解决了其溶解性不好的问题,而且可明显增强鱼精蛋白的抗菌活性;③通过与山梨酸钾复配,不仅扩大了抗菌效果的pH值范围,还使二者的抗菌活性产生协同作用,可降低灭菌温度,缩短灭菌时间.2.2鱼精蛋白的抗菌机理最早研究鱼精蛋白
8、抗菌机理的是BenjaminFM,《黑龙江畜牧兽1~}2007年第5期27他认为鱼精蛋白对革兰阴性菌的呼吸系统有抑制作用,从而能够抑制细菌的生长,但并未指出鱼精蛋白是怎样抑制呼吸系统的.在后来的研究中发现,鱼精蛋白的抑菌功能可能与其是一种多聚阳离子有关.AntohiS等人在1979年对鱼精蛋白的抗菌机理
